JP2007196259A

JP2007196259A - 鍛造成形装置および鍛造成形方法

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Publication number: JP2007196259A
Application number: JP2006017397A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsunae; 宏樹松苗; Akihiko Ikeda; 明彦池田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP4899494B2

Abstract

【課題】成形圧力の増加を抑制しつつ薄肉部に生じる欠肉を解消するに好適な鍛造成形装置および鍛造成形方法を提供する。
【解決手段】棒状素材に押出し成形を施すことにより、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部１６を備えたカップ状の粗成形体Ｗ３を得る粗成形工程と、製品外形と同等の形状を備えたダイ２３に前記粗成形体Ｗ３を係合させて粗成形体Ｗ３の膨出部１６を製品外形に沿わせてしごき成形するしごき成形工程と、前記しごき成形された成形体Ｗ３に製品外形と同等の形状を備えたダイ２３を用いて押出し成形を施すことにより、カップ状の仕上げ成形体Ｗ４を得る仕上げ成形工程と、を有するようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、厚肉部と薄肉部とで形成されるカップ状部品の鍛造成形装置および鍛造成形方法に関し、特に、カップ部に連ねて軸部を一体的に備える等速ジョイントに好適な鍛造成形装置および鍛造成形方法に関するものである。

従来から継手本体部を構成するカップ部と軸部とが一体となった等速ジョイントを自動搬送装置を備えた多工程鍛造成形装置により製造する鍛造成形装置が提案されている（特許文献１参照）。

これは、軸部とカップ部の同軸精度を有効に確保するために、成形ポンチを型部材の孔内に挿入し、前記型部材の第１成形部によって軸部にしごき成形を施すと同時に、前記カップ部の内径を拘束した状態で、前記型部材の第２成形部によりカップ部の外径部分に対してしごき成形が施されるようにしている。
特開２０００−１１７３８５号公報

しかしながら、等速ジョイントを構成するカップ部は、例えば、トリポート型等速ジョイントにおいては、スパイダに取付けられるローラが転動するトラック溝形成のために薄肉となる薄肉部が厚肉部と円周方向に交互に配置されることになり、成形ポンチによる押出し成形のみでは、薄肉部での肉上がりが悪く、薄肉部に欠肉状態が生じやすいという課題があった。上記課題は、成形ポンチによる押出し荷重を高めることにより解決することもできるが、高い成形圧力に対する金型の破損が早期に発生するという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、成形圧力の増加を抑制しつつ薄肉部に生じる欠肉を解消するに好適な鍛造成形装置および鍛造成形方法を提供することを目的とする。

本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法では、棒状素材に押出し成形を施すことにより、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部を備えたカップ状の粗成形体を得る粗成形工程と、製品外形と同等の形状を備えたダイに前記粗成形体を係合させて粗成形体の膨出部を製品外形に沿わせてしごき成形するしごき成形工程と、前記しごき成形された成形体に製品外形と同等の形状を備えたダイを用いて押出し成形を施すことにより、カップ状の仕上げ成形体を得る仕上げ成形工程と、を有するようにした。

したがって、本発明では、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部を備えたカップ状の粗成形体を形成し、製品外形と同等の形状を備えたダイに前記粗成形体を係合させて粗成形体の膨出部を製品外形に沿わせてしごき成形し、引続き押出し成形を施してカップ状の仕上げ成形体を得るようにしているため、欠肉する部位に前記膨出部を設けることで、意図した形状精度を満足する製品を安定的に生産することができる。しかも、しごき成形により膨出部を長手方向に伸ばすものであるため、成形圧力を増加させて押出し成形する必要が無く、金型寿命の大幅な向上を達成することができる。

以下、本発明の鍛造成形装置および鍛造成形方法の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１は本発明を適用するトリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図、図２はトリポート型等速ジョイントの一成形工程に用いる成形金型の断面図、図３は図２に続く成形工程に用いる成形金型の断面図、図４は図２に示す成形金型による成形状態を示す断面図、図５は図４に示す成形工程により得られる中間成形品の平面図および断面図、図６は図３に示す成形金型に図５の中間成形品を投入した説明図、図７は図６に続く成形状態を示す断面図、図８は図３の成形金型により得られる中間成形品の平面図および断面図である。

先ず、図１により、トリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する。先ず、加熱炉により熱間鍛造若しくは温間鍛造が可能な温度に加熱された棒状素材Ｗ０が用意され（Ａ）、第１工程において、この棒状素材Ｗ０に前方押出し成形が施されて軸部ＷＳと継手本体部ＷＪを備える成形体Ｗ１が得られる（Ｂ）。次いで、第２工程において、前記成形体Ｗ１に据込み成形が施されることにより、継手本体部ＷＪが拡径されて据込み部ＷＪ１が成形され（Ｃ）、第３工程において、この据込み部ＷＪ１に押出し成形が施されて内周にトラック溝ＷＪ３を備えるカップ部ＷＪ２が粗成形される（Ｄ）。さらに、第４工程において、継続して押出し成形を施してカップ部ＷＪ２が仕上げ成形され（Ｅ）、第５工程において、カップ部ＷＪ２内周の拡管成形が施され（Ｆ）、内周面にトラック溝ＷＪ３を有する製品としての軸付き継手部材Ｗ５が得られる。図中のＷ０〜Ｗ５は成形過程における成形体を示す。

前記第３工程の後方押出し成形に使用する成形金型１は、図２にその要部を示すように、継手本体部であるカップ部ＷＪ２および一部の軸部ＷＳを形成するキャビティ２を備える上部ダイ３と、残りの軸部ＷＳを形成するキャビティ４を備える下部ダイ５と、下部ダイ５のキャビティ４に下方から臨むノックアウトピン６と、が下部ダイホルダ７に固定配置されている。前記上部ダイ３および下部ダイ５は夫々外周部に固定ブロック９を配置して下部ダイホルダ７に固定している。

また、前記下部ダイホルダ７に臨む上部ダイホルダ１０には、カップ部ＷＪ２の内周面を粗成形する第１ポンチ１１と、第１ポンチ１１に嵌合してリング体１３を外周に備え、カップ部ＷＪ２の端面を閉塞形成する第２ポンチ１２と、を昇降可能に配置している。

前記上部ダイ３のカップ部ＷＪ２を形成するキャビティ２は、カップ部ＷＪ２の仕上げ成形への途中段階の形状に型彫りされている。また、カップ部ＷＪ２のトラック溝ＷＪ３の底部となる円周方向３箇所の周面において、軸方向部分も含めて、その周面を幅広く半径方向外方に窪ませた窪み１５を形成している。この窪み１５は、第３工程での中間成形品のカップ部外周部分に等間隔をおいて外周側へ膨らむ余肉（膨出部１６）を形成するためのものである。従って、前記上部ダイ３の周面は、上面から見ると、前記３箇所の窪み１５が円形となった周面から突出している形状に形成される。即ち、キャビティ２の円形の周面は、軸付き継手部材に完成された段階における外径に近似させた寸法に設定しており、前記膨出部１６は前記外径より半径方向の外側に膨らんだ状態で形成されている。

また、第１ポンチ１１の外周面形状は、円周方向３箇所でトラック溝ＷＪ３を形成するために軸方向に延びる突起１４が形成され、突起１４の先端部と前記上部ダイ３のキャビティ２の周面とで薄肉となるトラック溝ＷＪ３の底部が形成される。前記第２ポンチ１２の先端は、前記上部ダイ３のキャビティ２の周面と嵌合してカップ部ＷＪ２の端面を形成するよう機能する。

前記第４工程の後方押出し成形に使用する成形金型２０は、図３にその要部を示すように、継手本体部であるカップ部ＷＪ２および一部の軸部ＷＳを構成する、第３工程の上部ダイ３よりもやや深いキャビティ２２を備える上部ダイ２３と、残りの軸部ＷＳを構成するキャビティ２４を備える下部ダイ２５と、下部ダイ２５のキャビティ２４に下方から臨むノックアウトピン２６と、が下部ダイホルダ２７に固定配置されている。前記上部ダイ２３および下部ダイ２５は夫々外周部に固定ブロック２９を配置して下部ダイホルダ２７に固定している。

また、前記下部ダイホルダ２７に臨む上部ダイホルダ３０には、カップ部ＷＪ２の内周面を仕上げ成形する、第３工程の第１ポンチ１１よりもやや長い第１ポンチ３１と、第１ポンチ３１に嵌合して外周にリング体３３を備え、カップ部ＷＪ２の端面を形成する第２ポンチ３２と、を昇降可能に配置している。

前記上部ダイ２３のカップ部ＷＪ２を形成するキャビティ２２は、カップ部ＷＪ２の仕上げ成形の形状に型彫りされている。また、そのキャビティ２２の周面は、カップ部ＷＪ２の端面側で円形に形成され、軸部ＷＳ側に移るに連れてトラック溝ＷＪ３の形状に沿う形状に形成されている。従って、前記上部ダイ２３のキャビティ２２の周面は、上面から見ると、円形に形成されている。即ち、キャビティ２２の円形の周面は、軸付き継手部材として製品化された状態の外径寸法に形成している。

また、第１ポンチ３１の外周面形状は、円周方向３箇所でトラック溝ＷＪ３を形成するために軸方向に延びる突起３４が形成され、突起３４の先端部と前記上部ダイ２３のキャビティ２２の周面とで薄肉となるトラック溝ＷＪ３の底部が形成される。前記第２ポンチ３２の先端は、前記上部ダイ２３のキャビティ２２の周面と嵌合してカップ部ＷＪ２の端面を閉塞形成するよう機能する。

以上の構成の鍛造成形装置による鍛造成形方法について以下に説明する。

図２は、型開きした状態における第３工程の成形金型１を示し、この成形金型１の上部ダイ３のキャビティ２に第２工程で形成された成形体Ｗ２が投入される。投入された成形体Ｗ２は、その軸部ＷＳを上部ダイ３および下部ダイ５の軸部用キャビティ４に嵌合させて位置決めされ、カップ部ＷＪ２はカップ部用のキャビティ２２の内面に対して隙間を持って配置される。

この状態から、型閉じすると、図４に示すように、先ず、第２ポンチ１２外周が上部ダイ３のキャビティ２へ嵌合され、次いで、第１ポンチ１１が成形体Ｗ２のカップ部ＷＪ２を構成する素材を外周側に拡げつつ押し潰して、上部ダイ３のキャビティ２の周面に沿って塑性流動させ、引続く第１ポンチ１１の押潰しにより第１ポンチ１１とキャビティ２の周面との間に素材を充填させつつ素材を上部側に押出し流動させる。

この状態では、ポンチ１１の外周にはトラック溝用の突起１４が形成されているため、カップ部ＷＪ２の内周には、軸方向の有底穴とこの穴の周囲に円周方向等間隔に３個のトラック溝ＷＪ３が形成される。そして、前記素材の上部側への押出し流動が、上部ダイ３のキャビティ２へ嵌合した第２ポンチ１２の先端面に到達した段階で、素材が第１、２ポンチ１１、１２と前記キャビティ２とで閉塞した空間に充満されて第３工程における押出しによる粗成形が完了する。

続いて、第１、２ポンチ１１、１２を上昇させて型開きし、ノックアウトピン６を上昇させてキャビティ２内に残っている成形体Ｗ３を第１、２ダイ３、５から搬送高さまで上昇させ、図示しない自動搬送装置により、成形体Ｗ３を第４工程の成形金型２０に搬送する。

前記第３工程で得られた成形体Ｗ３のカップ部ＷＪ２は、図５に示すように、内周側において、第１ポンチ１１により形成された軸穴ＷＪ４と３個のトラック溝ＷＪ３を備える。またカップ部ＷＪ２の外周は、概ね円形であるが、前記トラック溝ＷＪ３の溝底に対応して円周方向等間隔に軸方向に延びた幅広の膨出部１６が形成されている。前記膨出部１６の形状および量は、カップ部ＷＪ２を形成する上部ダイ３に型彫りするキャビティ２の形状に応じて、任意に設定および調整可能である。図５に示す成形体Ｗ３では、カップ部ＷＪ２の底部側の周面は、円形に形成し、カップ部ＷＪ２の中途部から膨出部１６が徐々に立上り、カップ部ＷＪ２の先端側において一様な高さとなるように、形成されている。

前記第４工程においては、図３に示すように、型開きした状態の成形金型２０の上部ダイ２３のキャビティ２２に第３工程で形成された成形体Ｗ３が投入される。投入された成形体Ｗ３は、図６に示すように、その軸部ＷＳを上部ダイ２３および下部ダイ２５の軸部用キャビティ２４に嵌合するも、カップ部ＷＪ２は円形に形成されているカップ部ＷＪ２の底部側のみがキャビティ２２内に挿入され、その外周面に形成されている３箇所の膨出部１６がキャビティ２２の縁と干渉して、膨出部１６を含むカップ部ＷＪ２の上部側はキャビティ２２内には挿入されていない状態となる。

この状態から、型閉じすると、第１ポンチ３１が成形体Ｗ３のカップ部ＷＪ２に形成されている軸穴ＷＪ４およびトラック溝ＷＪ３に係合し、更に型閉じが進むと、成形体Ｗ３を上部ダイ２３のキャビティ２２内へ押込む。この押込みにより成形体Ｗ３の膨出部１６がキャビティ２２の縁と第１ポンチ３１との間でしごき上げられ、膨出部１６を含む薄肉部を構成する素材は第１ポンチ３１の根元部に向かって押出される。この状態における成形荷重は、膨出部１６を含む薄肉部のしごき加工であり、閉塞鍛造における成形荷重に比較して、比較的に低い成形荷重でよい。

前記型閉じが更に進むと、図７に示すように、第２ポンチ３２の外周か上部ダイ２３のキャビティ２２へ嵌合され、次いで、第１ポンチ３１が成形体Ｗ３のカップ部ＷＪ２を構成する素材を外周側に拡げつつ押し潰して、上部ダイ２３のキャビティ２２の周面に沿って塑性流動させ、引続く第１ポンチ３１の押潰しにより第１ポンチ３１とキャビティ２２の周面との間に素材が充填させつつ素材を上部側に押出し流動させる。

この状態では、ポンチ３１の外周にはトラック溝ＷＪ３用の突起３４が形成されているため、カップ部ＷＪ２の内周には、軸方向の有底穴ＷＪ４とこの穴ＷＪ４の周囲に円周方向等間隔に３個のトラック溝ＷＪ３が形成される。そして、前記素材の上部側への押出し流動が、上部ダイ２３のキャビティ２２へ嵌合した第２ポンチ３２の先端面に到達した段階で、素材が第１、２ポンチ３１、３２と前記キャビティ２２とで閉塞した空間に充満されて第４工程における押出しによる仕上げ成形が完了する。

続いて、第１、２ポンチ３１、３２を上昇させて型開きし、ノックアウトピン２６を上昇させてキャビティ２２内に残っている成形体Ｗ４を第１、２ダイ２３、２５から搬送高さまで上昇させ、図示しない自動搬送装置により、成形体Ｗ４を第５工程の成形金型に搬送する。

前記第４工程で得られた成形体Ｗ４のカップ部ＷＪ２は、図８に示すように、内周側において、第１ポンチ３１により形成された軸穴ＷＪ４と３個のトラック溝ＷＪ３を備える。またカップ部ＷＪ２の外周は、前記膨出部１６がしごき加工されて押し出されるため、概ね円形に形成される。また、カップ部ＷＪ２のトラック溝ＷＪ３の底壁は薄肉に形成されるものであるが、成形荷重を増加させるようにしなくとも、膨出部１６のしごき加工に基づく押出しにより、欠肉状態になることなく、充分にキャビティ２２の全領域に充填流動させることができる。

なお、上記実施形態において、カップ状部品として、軸部ＷＳを備えるトリポード型等速ジョイント用アウタレースの鍛造成形方法および鍛造成形装置について説明したが、図示はしないが、軸部ＷＳを備えていないカップ状部品であってもよく、また、厚肉部と薄肉部とを備えていないカップ状部品であってもよいが、特に、厚肉部と薄肉部とを備えるカップ状部品の鍛造成形方法および鍛造成形装置において望ましい結果をえることができる。

また、上記実施形態において、膨出部１６をしごき加工するしごき成形工程と製品外形と同等の形状を備えた前記ダイを用いて押出し成形を施す仕上げ成形工程とを同一のダイ２３、２５により実施するものについて説明したが、図示はしないが、第２工程のダイと第３工程のダイとを独立して備える鍛造形成装置であってもよい。

また、上記実施形態において、鍛造成形方法および鍛造成形装置として、熱間若しくは温間で成形するものについて説明したが、図示はしないが、冷間で成形するものであってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）棒状素材に押出し成形を施すことにより、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部１６を備えたカップ状の粗成形体Ｗ３を得る粗成形工程と、製品外形と同等の形状を備えたダイ２３に前記粗成形体Ｗ３を係合させて粗成形体Ｗ３の膨出部１６を製品外形に沿わせてしごき成形するしごき成形工程と、前記しごき成形された成形体Ｗ３に製品外形と同等の形状を備えたダイ２３を用いて押出し成形を施すことにより、カップ状の仕上げ成形体Ｗ４を得る仕上げ成形工程と、を有するようにした。

このため、欠肉する部位に前記膨出部１６を設けることで、意図した形状精度を満足する製品を安定的に生産することができる。しかも、しごき成形により膨出部１６を長手方向に伸ばすものであるため、成形圧力を増加させて押出し成形する必要が無く、金型寿命の大幅な向上を達成することができる。

（イ）カップ状部品として、厚肉部と薄肉部とを備えるものである場合であっても、カップ状部品の薄肉部を形成する部位の外周に膨出部１６を形成することにより、欠肉が生じやすい薄肉部の形状形成に必要な余肉を確保することができ、厚肉部、薄肉部を持つ部品であっても、最終的に均等な肉上がりを確保することができる。

（ウ）膨出部１６をしごき加工するしごき成形工程と製品外形と同等の形状を備えたダイ２３を用いて押出し成形を施す仕上げ成形工程とを同一のダイ２３により実施することにより、しごき成形工程に引続いて仕上げ成形工程を連続して実施することができ、両者の工程をプレス装置のワンストロークの動作で実施することができる。

（エ）粗成形工程から仕上げ成形工程までは、熱間若しくは温間により成形することにより、成形荷重をより一層低減した状態で形成でき、且つ製品外形と同等の形状を備えたダイ２３を用いて押出し成形を施す仕上げ成形工程により製品の形状品質を向上させることができる。

（オ）カップ状部品として、その底部に軸部ＷＳを一体に備えて、内周に軸方向に延びるトラック溝ＷＪ３を３箇所円周方向等間隔に備えるトリポード型等速ジョイント用アウタレースである場合であっても、前記粗成形工程で形成する膨出部１６を前記トラック溝ＷＪ４の背面側の外周に形成することにより、欠肉のない製品を安定して製造することができる。

本発明を適用するトリポート型等速ジョイントの成形過程を説明する説明図。本発明の一実施形態を示すトリポート型等速ジョイントの一成形工程に用いる成形金型の断面図。図２に続く成形工程に用いる成形金型の断面図。図２に示す成形金型による成形状態を示す断面図。図４に示す成形工程により得られる中間成形品の平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）。図３に示す成形金型に図５の中間成形品を投入した説明図。図６に続く成形状態を示す断面図。図３の成形金型により得られる中間成形品の平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）。

符号の説明

Ｗ０〜Ｗ５成形体
ＷＳ軸部
ＷＪ、ＷＪ１、ＷＪ２継手本体部、カップ部
ＷＪ３トラック溝
ＷＪ４穴部、軸穴
１、２０成形型
２、４、２２、２４、キャビティ
３、２３上部ダイ
５、２５下部ダイ
６、２６ノックアウトピン
７、２７下部ダイホルダ
８、２８圧入リング
９、２９固定ブロック
１０、３０上部ダイホルダ
１１、３１第１ポンチ
１２、３２第２ポンチ
１５窪み
１６膨出部

Claims

カップ状部品の鍛造成形方法であって、
棒状素材に押出し成形を施すことにより、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部を備えたカップ状の粗成形体を得る粗成形工程と、
製品外形と同等の形状を備えたダイに前記粗成形体を係合させて粗成形体の膨出部を製品外形に沿わせてしごき成形するしごき成形工程と、
前記しごき成形された成形体に製品外形と同等の形状を備えたダイを用いて押出し成形を施すことにより、カップ状の仕上げ成形体を得る仕上げ成形工程と、を有することを特徴とする鍛造成形方法。
前記カップ状部品は、厚肉部と薄肉部とを備え、
前記膨出部は、カップ状部品の薄肉部を形成する部位の外周に形成されることを特徴とする請求項１に記載の鍛造成形方法。
前記しごき成形工程と仕上げ成形工程とは、同一のダイにより実施され、しごき成形工程に引続いて仕上げ成形工程が連続して実施されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造成形方法。
前記粗成形工程から仕上げ成形工程までの工程は、熱間若しくは温間鍛造により成形することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の鍛造成形方法。
前記カップ状部品は、その底部に軸部を一体に備え、製品内周に軸方向に延びるトラック溝を３箇所円周方向等間隔に備えるトリポード型等速ジョイント用アウタレースであり、
前記粗成形工程で形成する膨出部は、前記トラック溝の背面側の外周に形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の鍛造成形方法。
厚肉部と薄肉部とで形成されるカップ状部品の鍛造成形装置であって、
製品外形と同等のキャビティを備えると共に部分的に製品外形より外方に膨出する窪みを備えるダイと、製品内形と相似する形状のポンチとを備え、棒状素材に押出し成形を施すことにより、外周に製品外形より外方に膨出する膨出部を有するカップ状の粗成形体を形成する粗成形型と、
製品外形と同等の形状を備えたダイと、製品内形と同等の形状を備えるポンチとを備え、前記粗成形体の膨出部を前記ダイの縁に係合させて前記膨出部を製品外形に沿わせてしごき成形するしごき成形型と、
製品外形と同等の形状を備えたダイと、製品内形と同等の形状を備えるポンチとを備え、前記しごき成形された成形体に押出し成形を施してカップ状の仕上げ成形体を得る仕上げ成形型と、を備えることを特徴とする鍛造成形装置。
前記カップ状部品は、厚肉部と薄肉部とを備え、
前記粗成形型のダイに設ける窪みは、カップ状部品の薄肉部を形成する部位のキャビティ面に形成されることを特徴とする請求項４に記載の鍛造成形装置。
前記しごき成形型と仕上げ成形型とは、同一の成形型により実施され、しごき成形に引続いて仕上げ成形が連続して実施されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の鍛造成形装置。
前記カップ状部品は、その底部に軸部を一体に備え、製品内周に軸方向に延びるトラック溝を３箇所円周方向等間隔に備えるトリポード型等速ジョイント用アウタレースであり、
前記粗成形型のダイに設ける窪みは、前記トラック溝の背面を形成する部位のキャビティ面に形成されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一つに記載の鍛造成形装置。